低角度井中的各向異性處理的制作方法
【專利摘要】一種用于對(duì)由井筒穿透的地下地層進(jìn)行測(cè)井的方法包括使用具有平行于測(cè)井工具軸線的磁偶極軸的電磁場(chǎng)測(cè)量地層的電磁特性。地層的電磁特性還使用具有傾斜于測(cè)井工具軸線的磁偶極軸的電磁場(chǎng)測(cè)量。地層的水平電阻率由平行偶極軸測(cè)量結(jié)果確定。地層的垂直電阻率、地層邊界及傾角由傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果確定。
【專利說明】低角度井中的各向異性處理

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及測(cè)井領(lǐng)域，更特別地，涉及使用一個(gè)或多個(gè)傾斜電磁發(fā)射器-接收器對(duì)來改善地下地層的電磁測(cè)量的技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]在油氣勘探及開采領(lǐng)域已知有多種測(cè)井技術(shù)。這些技術(shù)典型地使用裝備有適于向已被井眼穿透的地下地層發(fā)射能量的源的工具。所述發(fā)射的能量可以與周圍地層相互作用來產(chǎn)生可以由一個(gè)或多個(gè)傳感器檢測(cè)及測(cè)量的信號(hào)?；谒鶛z測(cè)到的信號(hào)數(shù)據(jù)，可以獲得地層特性的曲線(例如，作為井筒深度的函數(shù)的電阻率)。
[0003]測(cè)井工具的例子可以包括電磁(“剛”)電阻率工具，例如感應(yīng)或傳播工具。所述￡1電阻率工具可以被置于井眼中來測(cè)量井眼周圍地層的電導(dǎo)率(或其倒數(shù)，電阻率傳統(tǒng)的電磁電阻率工具至少包括一個(gè)發(fā)射器及兩個(gè)接收器，每個(gè)接收器沿工具的軸線被置于離發(fā)射器一定距離處。傳統(tǒng)的發(fā)射器及接收器包括由線圈構(gòu)成的天線，所述線圈具有環(huán)繞支架的一匝或多匝絕緣導(dǎo)線。如本領(lǐng)域所理解的，在互易原理下，這些天線中的每一個(gè)可以作為發(fā)射器和/或接收器操作。
[0004]通過測(cè)量接收器中感生出的電壓，￡1感應(yīng)工具測(cè)量地層的電阻率，該電壓由響應(yīng)于發(fā)射器發(fā)射的剛信號(hào)而在地層中流動(dòng)的電流感生。在感應(yīng)工具中，耦接于交流電源的發(fā)射器，例如振蕩器，產(chǎn)生時(shí)變剛信號(hào)。來自發(fā)射器的剛信號(hào)被發(fā)送至周圍地層中，這在發(fā)射器附近的地層內(nèi)感生波動(dòng)電流或“渦電流”。地層中的渦電流產(chǎn)生時(shí)變剛信號(hào)，其在接收器中感生電壓。由于例如周圍地層的幾何擴(kuò)散及吸收，如果使用一對(duì)間隔開的接收器，在所述兩個(gè)接收器中感生的電壓一般具有不同的相位及幅值?！?傳播工具以類似的方式操作，但典型地比￡1感應(yīng)工具具有更高的頻率。
[0005]在很多傳統(tǒng)的￡1感應(yīng)及傳播測(cè)井工具中，發(fā)射器及接收器天線以它們的軸線沿工具的縱軸被安裝。因此，這些工具實(shí)施有具有縱向或軸向磁偶極矩的天線。“橫向”天線或線圈具有垂直于工具軸線的磁偶極矩，“傾斜”天線具有既不平行于也不垂直于工具軸線的磁偶極矩。
[0006]因?yàn)橛伞?電阻率工具發(fā)射及接收的剛信號(hào)穿過周圍地層，因此由這些工具進(jìn)行的測(cè)量可以提供關(guān)于信號(hào)穿過的介質(zhì)的電磁特性的信息。信息(例如距地層邊界的距離、地層傾角以及各向異性)可以被從接收到的信號(hào)中提取。
[0007]在鉆井工業(yè)中，對(duì)精確的井位有不斷增長的需求。儲(chǔ)層中井眼的優(yōu)化配置需要定向測(cè)量，基于此可以進(jìn)行導(dǎo)向決策。在油氣開采中進(jìn)一步的需求是確定及表征油氣儲(chǔ)量。例如，地層各向異性可以被用于確定存在于薄層地層中的低阻油層。
[0008]一些最近的專利公開了進(jìn)行定向測(cè)量及獲得電阻率各向異性的方法和裝置。對(duì)于隨鉆測(cè)井應(yīng)用，授予&等人的美國專利第5，508，616號(hào)公開了一種具有以不與工具的縱向軸線對(duì)正的不同方向傾斜的兩個(gè)線圈的感應(yīng)類型工具。所述工具可以適合于可能的地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用。通過一個(gè)簡(jiǎn)單的論點(diǎn)說明所述測(cè)量的定向性:所述兩個(gè)傾斜線圈的靈敏度函數(shù)被集中于每個(gè)線圈的敏感區(qū)域的重疊區(qū)。通過旋轉(zhuǎn)所述工具，&^0等人聲稱可以獲得地層的深方位電阻率圖像來幫助制定導(dǎo)向決策。然而，該專利并未提供關(guān)于如何可獲得方位電阻率的任何細(xì)節(jié)，也未描述任何進(jìn)一步的定量地質(zhì)導(dǎo)向決策制定中需要的邊界檢測(cè)/表征技術(shù)。
[0009]授予冊(cè)!'￡1等人的美國專利第6，181，138號(hào)將381:0等人的單一固定方向線圈擴(kuò)展到在發(fā)射器及接收器位置的位于同地的三正交感應(yīng)線圈。因?yàn)橥ㄟ^正交線圈響應(yīng)的線性組合可以將聚集方向調(diào)整至任意方向，因此沒有提及需要工具旋轉(zhuǎn)。
[0010]授予等人且被本發(fā)明的受讓人共同擁有的美國專利第6，297，693號(hào)公開了一種使用各種屏蔽設(shè)計(jì)為軸向、傾斜及橫向天線線圈的￡1波能量提供選定衰減而進(jìn)行定向測(cè)量的方法和裝置。該專利描述了通過傾斜線圈及適當(dāng)屏蔽進(jìn)行的一般定向感應(yīng)及傳播測(cè)量，以及用于執(zhí)行井眼補(bǔ)償?shù)倪^程。犯^等人清楚地描述了一個(gè)發(fā)射器及一個(gè)接收器線圈的組合，且至少其中之一相對(duì)于工具軸線傾斜；以及通過在工具旋轉(zhuǎn)時(shí)觀測(cè)感應(yīng)信號(hào)的隨方位角變化，其在地層邊界方向檢測(cè)的應(yīng)用。耦合的方位角變化可以被用于鉆井時(shí)的導(dǎo)向。其他已經(jīng)被授權(quán)的關(guān)于屏蔽的專利包括授予0081:11211等人的美國專利第6，351，127號(hào)以及授予011161^8化等人的美國專利第6，566，881號(hào)，所有這些專利都被本發(fā)明的受讓人共同擁有。
[0011]授予810虹的美國專利第6，476，609號(hào)將早期的各向異性專利(同樣授予810犯'的美國專利第6，163，155號(hào))擴(kuò)展到了地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用領(lǐng)域。通過兩個(gè)不同方向上信號(hào)間的差異或比率，描述了向上/向下傾斜的感應(yīng)及傳播裝置的層理響應(yīng)，但未提及屏蔽。也未考慮各向異性及傾斜的影響。而且在’ 609專利中缺少對(duì)如何通過這些測(cè)量獲得距地層邊界的精確距離的描述。所述’609專利隱含地假定層理方向是精確地已知的，從而計(jì)算所述向上/向下響應(yīng)。然而，并未有公開在計(jì)算所述向上-向下的定向信號(hào)之前定位精確的向上或向下方向的技術(shù)。
[0012]授予組1161?)等人且被本發(fā)明的受讓人共同擁有的美國專利第6，969，994號(hào)公開了工具配置及對(duì)稱技術(shù)，其簡(jiǎn)化了對(duì)幾乎獨(dú)立于各向異性或傾角的點(diǎn)的定向測(cè)量的響應(yīng)。具有不同傾角及各向異性的地層邊界的響應(yīng)除在地層邊界附近基本上是重疊的。所有兩線圈(一個(gè)發(fā)射器及一個(gè)接收器'狀”)感應(yīng)型以及三線圈(一個(gè)發(fā)射器及兩個(gè)接收器:“I'冊(cè)”)傳播型測(cè)量可以被對(duì)稱化以達(dá)到此簡(jiǎn)化。使用具有相同間距的兩對(duì)傾斜狀可以實(shí)現(xiàn)所述對(duì)稱化，但需要交換發(fā)射器傾角及接收器傾角。
[0013]授予011161^8化等人且也被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利第6，998，84號(hào)公開了在具有井眼補(bǔ)償?shù)慕怪本写_定各向異性的傳播型定向測(cè)量。還使用反演法獲得各向異性地層的特性。
[0014]進(jìn)一步地，共同轉(zhuǎn)讓給011161^8化等人的美國專利第7，202，670號(hào)公開了一種通過在所有方位角進(jìn)行測(cè)量以提取及分析定向測(cè)井測(cè)量的方位角依賴性用來更精確地表征地球地層及導(dǎo)向底部鉆具組合的方法。其教導(dǎo)了如何從定向測(cè)量確定所述層理的方位角，并在向上/向下或方位角導(dǎo)向中產(chǎn)生可以被用于井位的測(cè)量。其進(jìn)一步教導(dǎo)了實(shí)時(shí)利用這些定向測(cè)量結(jié)果，以獲得地層邊界距離及獲得精確的地球模型，以便可以為井位制定地質(zhì)導(dǎo)向的決策。其還公開了一種用于檢測(cè)近垂直井附近的地層中電阻率各向異性的存在性的方法。此外，其教導(dǎo)了一種從垂直及低角度井中的定向測(cè)量獲得構(gòu)造傾斜信息的方法。
[0015]如上所述，￡1感應(yīng)工具通過測(cè)量接收器中感生出的電壓測(cè)量地層的電阻率，所述電壓由響應(yīng)于發(fā)射器發(fā)射的￡1信號(hào)而在地層中流動(dòng)的電流感生。一般地，接收器中的感應(yīng)電壓是所有電磁耦合分量VI』(1,』7，2)(形成一個(gè)3X3的剛耦合張量)的線性組合。在一個(gè)所有相關(guān)層理邊界都是平行的平面幾何地層中，在所述3X3的￡1耦合矩陣中僅有5個(gè)非0元素，表示為V” \以及坐標(biāo)系被選擇為使2軸沿所述工具軸線，而7軸平行于所述邊界平面。由于這些剛耦合分量測(cè)量地層的特性，因此期望具有確定這些分量的裝置及方法。
[0016]在發(fā)射器與接收器的磁偶極矩定向?yàn)榛旧掀叫杏诠ぞ咻S線的情況下，使用傳統(tǒng)的傳播電阻率工具可能會(huì)遇到某些困難。一個(gè)困難是當(dāng)相對(duì)傾角大于45度時(shí)，所述測(cè)量對(duì)各向異性敏感或受其影響。這在極端情況的垂直井中是易于理解的，因?yàn)樵诖怪本?，所述感?yīng)電流通常平行于水平面，因此，假定所述地層同樣平行于所述水平面時(shí)所述響應(yīng)不包含關(guān)于垂直電阻率的任何信息。另一個(gè)困難是垂直電阻率及相對(duì)傾角是耦合的。因此，即使在相對(duì)較高的傾角時(shí)，同時(shí)確定均質(zhì)地層的水平電阻率(他)、垂直電阻率(…)以及相對(duì)傾角(9)可能是不可能的。此外，環(huán)境影響可以破壞他及9之間的耦合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
，旨在介紹一系列概念，這些概念將在以下詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并不意圖認(rèn)定要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或基本特征，也不意圖用于幫助限制要求保護(hù)的主題的范圍。
[0018]根據(jù)一個(gè)方面，一種用于對(duì)被井筒穿透的地下地層進(jìn)行測(cè)井的方法包括使用磁偶極矩軸平行于測(cè)井工具軸線的電磁場(chǎng)測(cè)量地層的電磁特性。使用磁偶極軸傾斜于測(cè)井工具軸線的電磁場(chǎng)測(cè)量地層的電磁特性。從平行偶極軸測(cè)量結(jié)果確定地層的水平電阻率。從平行及傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果確定地層的垂直電阻率、地層邊界以及傾角。
[0019]從下文的說明及權(quán)利要求，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)勢(shì)將會(huì)變得明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面參照附圖描述了某些實(shí)施例。
[0021]圖1示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的可以使用本發(fā)明的一個(gè)示例性井場(chǎng)系統(tǒng)。
[0022]圖2是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的用于獲取地下地層的參數(shù)的測(cè)井操作的示意圖。
[0023]圖3示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的單個(gè)發(fā)射器-接收器對(duì)的特定配置的示意圖。
[0024]圖4示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的作為圖1中的110工具120的一部分的定向深探測(cè)隨鉆測(cè)井鉆具。
[0025]圖5示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的描述確定他、?和0的值的方法的流程圖。
[0026]圖6示出了根據(jù)某些實(shí)施例的一個(gè)可以被用于執(zhí)行信號(hào)處理、例如執(zhí)行圖5中描述的方法的示例性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0027]根據(jù)示出了示例性實(shí)施例的附圖作出本說明。然而，也可以使用許多不同的實(shí)施例，從而不應(yīng)該將本說明理解為限制為本文描述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例以使本公開徹底及完整。一般地，貫穿本說明的相同的附圖標(biāo)記指代相同的部件。
[0028]根據(jù)本文描述的實(shí)施例，本發(fā)明提供了確定他、…和0值(例如水平電阻率、垂直電阻率及傾角)的示例性處理方法。在下文中，將描述包括在以下的圖1-5(示出了本發(fā)明的代表性或說明性實(shí)施例)中的某些實(shí)施例。
[0029]圖1示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的可以采用本發(fā)明的井場(chǎng)系統(tǒng)。井場(chǎng)可以在陸上或海上。在此示范性系統(tǒng)中，井眼11通過眾所周知的方式的旋轉(zhuǎn)鉆井形成于地下地層106中。如下文描述的，本發(fā)明的實(shí)施例還可以使用定向鉆井。
[0030]鉆柱12懸置于井眼11內(nèi)，并具有在其底端包括鉆頭105的底部鉆具組合100。地面系統(tǒng)包括定位于井眼11上方的平臺(tái)及井架組件10，所述組件10包括旋轉(zhuǎn)盤16、方鉆桿17、鉤18及轉(zhuǎn)環(huán)19。鉆柱12由旋轉(zhuǎn)盤16驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)盤通過未示出的裝置驅(qū)動(dòng)，且旋轉(zhuǎn)盤16將方鉆桿17接合至鉆柱的頂端。鉆柱12通過方鉆桿17和轉(zhuǎn)環(huán)19懸置于鉤18，從而允許鉆柱相對(duì)于鉤旋轉(zhuǎn)，鉤18系于游動(dòng)滑車(同樣未示出)上。眾所周知，可以替代性地使用頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0031]在本實(shí)施例的此例中，地面系統(tǒng)進(jìn)一步包括存儲(chǔ)在形成于井場(chǎng)的池27中的鉆井流體或泥漿26。泵29將鉆井流體26通過轉(zhuǎn)環(huán)19中的端口傳送至鉆桿12的內(nèi)部，使鉆井流體如方向箭頭8所示向下流動(dòng)經(jīng)過鉆柱12。鉆井流體通過鉆頭105內(nèi)的端口排出鉆柱12，然后通過鉆柱的外部與井眼11的壁之間的環(huán)形區(qū)域向上循環(huán)，如方向箭頭9所示。通過這種眾所周知的方式，鉆井流體潤滑鉆頭105，并在其回到池27用于再循環(huán)的同時(shí)，將地層106的巖屑向上帶至地面。
[0032]在多個(gè)實(shí)施例中，本文公開的系統(tǒng)和方法可以與本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何傳輸方式共同使用。例如，本文公開的系統(tǒng)和方法可以與通過電纜、鋼絲繩、鉆桿傳輸、連續(xù)管鉆井和/或隨鉆傳輸接口傳輸?shù)墓ぞ呋蚱渌娮釉O(shè)備共同使用。圖1示出了隨鉆接口，這僅為了示例性目的。然而，本文公開的系統(tǒng)和方法同樣可以應(yīng)用于電纜或任何其他合適的傳輸方式。所示的實(shí)施例中的底部鉆具組合100包括隨鉆測(cè)井([10)模塊120、隨鉆測(cè)量(110)模塊130、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向定向鉆井系統(tǒng)和馬達(dá)150以及鉆頭105。
[0033]110模塊120如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的那樣被容納在一種特定類型的鉆鋌中，且可以包含一種或多種現(xiàn)有類型的測(cè)井工具(例如，測(cè)井工具121)。還應(yīng)該理解，可采用一個(gè)以上的110和/或麗0模塊，例如如附圖標(biāo)記120八處所示。(貫穿整個(gè)申請(qǐng)中，對(duì)120位置處的模塊的引述同樣可以替換性地表示120八位置處的模塊)。110模塊具有用于測(cè)量、處理和儲(chǔ)存信息以及用于與地面儀器通信的能力。在本實(shí)施例中，[10模塊包括電磁電阻率測(cè)量裝置。
[0034]麗0模塊130也如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的那樣被容納在一種特定類型的鉆鋌中，且可包含一個(gè)或多個(gè)用于測(cè)量鉆柱和鉆頭的特性的裝置。麗0工具還包括用于向井下系統(tǒng)產(chǎn)生電能的裝置(未示出)。這典型地可以包括由鉆井流體流驅(qū)動(dòng)的泥漿渦輪發(fā)電機(jī)，應(yīng)該理解，也可采用其他電能和丨或電池系統(tǒng)。在本實(shí)施例中，麗0模塊包括以下類型的測(cè)量裝置中的一種或多種:鉆壓測(cè)量裝置、扭矩測(cè)量裝置、振動(dòng)測(cè)量裝置、沖擊測(cè)量裝置、粘滑測(cè)量裝置、方向測(cè)量裝置和傾斜測(cè)量裝置。
[0035]圖2是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的用于獲取地下巖層的參數(shù)的測(cè)井操作的示意圖。井眼或井筒212典型地以非垂直于巖層214的角度被鉆穿地下巖層214。特定的巖層215可以具有上部及下部邊界。緊鄰所述特定巖層215的上部的層217—般地被稱為“上鄰層”，以及緊鄰下部的層219是“下鄰層”。工具216布置于井筒212內(nèi)，且具有單個(gè)發(fā)射器-接收器(1?天線對(duì)，所有天線均相對(duì)于工具216的工具軸線218傾斜。工具216還可以承載有為操作工具216所需的相關(guān)電子設(shè)備及電路(未示出)，但本發(fā)明并不限于此。當(dāng)被激勵(lì)后，發(fā)射器220向周圍巖層214中發(fā)射￡1能量，這在圍繞發(fā)射器220的巖層214中感生出電流222(渦電流^渦電流222在接收器天線224中感生出電壓。工具軸線218(其基本上與井眼軸線相同)與例如巖層215的特定巖層的平面的法線之間的角度被稱為地層的相對(duì)傾角或?qū)永矸轿唤恰?br> [0036]本文公開的本發(fā)明的某些實(shí)施方式使用從單個(gè)狀對(duì)獲得的對(duì)稱及反對(duì)稱響應(yīng)來提供方向測(cè)量和各向異性信息。圖3示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的單個(gè)發(fā)射器-接收器對(duì)的特定配置的示意圖。在此附圖中，工具軸線218在側(cè)視圖中用虛線表示，而在端視圖中用點(diǎn)劃線表示。配置210包括傾斜發(fā)射器220及傾斜接收器224，這意味著發(fā)射器220及接收器224的磁偶極矩既不平行也不垂直于工具軸線218。發(fā)射器220及接收器224可以被近似為點(diǎn)磁偶極子。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)射器220及接收器224的磁偶極矩可以是但不要求位于同一平面上，在一些實(shí)施例中，期望發(fā)射器220及接收器224的磁偶極矩在兩個(gè)非平行平面中，例如兩個(gè)正交平面中。
[0037]應(yīng)該理解，由于發(fā)射器220及接收器224是傾斜的，發(fā)射器220及接收器224的偶極矩可以說是具有傾斜偶極矩軸線(傾斜被理解為既不平行也不垂直于工具軸線，如218)。相應(yīng)地，發(fā)射器220可以產(chǎn)生具有傾斜于工具軸線218的磁偶極矩軸線的電磁場(chǎng)。類似地，由傾斜接收器224獲得的測(cè)量結(jié)果可以被稱為傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果。被軸向定向(平行于工具軸線)的發(fā)射器及接收器可以具有平行偶極矩軸線。
[0038]圖4示出了作為圖1中的工具120的一部分的定向深探測(cè)隨鉆測(cè)井鉆具。來自具有軸向?qū)φ龍A柱對(duì)稱的發(fā)射器和接收器線圈的工具的信號(hào)對(duì)方向不敏感。圖4的工具提供傾斜和橫向發(fā)射器和接收器線圈以獲得方向敏感的測(cè)量結(jié)果。所述工具可以包括6個(gè)發(fā)射器天線和4個(gè)接收器天線。5個(gè)發(fā)射器天線到1)401八-2沿所述工具的長度軸向設(shè)置。第6個(gè)發(fā)射器天線(10402被定向?yàn)楣ぞ咻S線的橫向。接收器天線，示于404、405，被定位于所述工具的每個(gè)端部。這一對(duì)接收器天線(4^1)404305類似于括號(hào)地圍住發(fā)射器，且每個(gè)所述接收器是傾斜的，使得其偶極矩被定向?yàn)榕c所述工具軸線成45度(例如，與所述工具軸線傾斜)。位于線圈陣列的中心的附加的一對(duì)接收器天線(?和民)403八-8被軸向設(shè)置(即，它們的偶極矩基本上平行于工具的軸線)，并可以獲得傳統(tǒng)類型的傳播電阻率測(cè)量結(jié)果。這種設(shè)置方式在工具的一側(cè)產(chǎn)生對(duì)導(dǎo)電率的優(yōu)先敏感性。當(dāng)所述工具旋轉(zhuǎn)時(shí)，其傳感器可以檢測(cè)附近的導(dǎo)電區(qū)并記錄可測(cè)量最大導(dǎo)電率的方向。磁力計(jì)及加速計(jì)可以為所述工具提供重力(即相對(duì)于垂向)及地磁參考方向定向數(shù)據(jù)，以確定最大導(dǎo)電率的方向。除其定向能力外，所述工具相對(duì)于多數(shù)傳統(tǒng)[10電阻率工具還可提供更深的測(cè)量。在一些實(shí)施例中，包含如圖4所示配置的這種電阻率工具的下井儀器串還可以提供基本上實(shí)時(shí)的雙向鉆柱遙測(cè)，當(dāng)其與已述的定向電阻率測(cè)井工具的功能共同使用時(shí)，可通過在地面上增加數(shù)據(jù)量并且從而增加定向鉆井控制的可能速度及精度改善地質(zhì)導(dǎo)向的性能。
[0039]盡管本文的討論集中于￡1傳播式工具測(cè)量，但應(yīng)該理解，這樣的技術(shù)同樣可以用于感應(yīng)式工具測(cè)量?，F(xiàn)在參考圖5在下文介紹及說明本發(fā)明基于的示例性數(shù)學(xué)理論。
[0040]在一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供了用于從不同組的測(cè)量結(jié)果依次確定(他，…，0)的值的示例性處理方法。在示例性實(shí)施例中，假定各向同性地層時(shí)，可以使用傳統(tǒng)傳播電阻率工具測(cè)量結(jié)果確定他的值。這是因?yàn)樵诘徒嵌染?或所述井是與地層近似垂直相交的斜度)，傳統(tǒng)傳播電阻率工具測(cè)量結(jié)果對(duì)水平電阻率非常敏感。然后可以固定他的值，并可從他及所述定向電阻率測(cè)量結(jié)果確定…及0。
[0041]圖5是示出了用于確定他、…和0的值的一種示例性方法500的流程圖。在步驟501中，所述方法以傳統(tǒng)傳播電阻率工具測(cè)量開始，這可以包括源自不同的發(fā)射器至接收器的間隔及在不同的發(fā)射器頻率下的相移及衰減測(cè)量。用于進(jìn)行這些測(cè)量的示例性工具可包括以屬于斯倫貝謝科技公司(位于德克薩斯州的糖城)的商標(biāo)八此或八0(^130^售賣的工具。參考圖4，作為一個(gè)示例性實(shí)施例，在步驟501中獲取的測(cè)量結(jié)果可以包括使用軸向接收器1^^(403八，4038)獲取的測(cè)量結(jié)果(平行偶極軸測(cè)量結(jié)果)，以及使用傾斜接收^4(404) ^1(405)獲取的測(cè)量結(jié)果(傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果
[0042]在步驟502中，測(cè)量的相移和衰減被映射為具有偶極近似的測(cè)量結(jié)果。所述示例性方法的此要素可以是有益的，因?yàn)樵谙旅娼忉尩姆囱莶糠种?最小化成本函數(shù))，正演模型代碼基于偶極子模型。所述映射用于將非偶極天線測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換為等效的偶極天線響應(yīng)。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，此步驟可以包含下面的子步驟:
[0043](1)對(duì)于給定的具有電阻率財(cái)?shù)木|(zhì)地層，計(jì)算實(shí)際工具的響應(yīng)，其中所述工具可以包括非偶極天線。
[0044](2)對(duì)于同樣的地層財(cái)，計(jì)算偶極天線的響應(yīng)，其中，偶極天線是實(shí)際工具的簡(jiǎn)化。
[0045](3)對(duì)于具有電阻率財(cái)?shù)娜魏谓o定地層，此時(shí)將會(huì)有非偶極天線工具及偶極天線工具的響應(yīng)?？梢詾樨?cái)?shù)乃锌赡艿闹抵谱饕粋€(gè)表格，將所述偶極及非偶極響應(yīng)連系起來。
[0046](4)從所述工具(如圖4中所示)獲得原始測(cè)量結(jié)果，并根據(jù)所述表格找到相應(yīng)的財(cái)值。對(duì)于同一個(gè)財(cái)，可以從所述表格找到其偶極工具響應(yīng)。對(duì)于任何原始測(cè)量(非偶極)，然后可以由上面描述的過程找到對(duì)應(yīng)的偶極響應(yīng)。
[0047]在一個(gè)實(shí)施例中，在平行偶極軸測(cè)量結(jié)果上(例如使用如圖4中的例子的軸向發(fā)射器和接收器而不必然在傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果上(例如使用如圖4中的例子的傾斜接收器執(zhí)行所述偶極映射過程。在此實(shí)施例中，將在下文更詳細(xì)討論可以被用于在方法500的步驟505開始確定垂直電阻率的傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果。
[0048]在步驟503中，假定了層狀結(jié)構(gòu)地層模型，其中，〈吣和分別是水平電阻率及第1層的下邊界的位置4是層數(shù)。在一些實(shí)施例中，特別是考慮低角度井時(shí)，測(cè)量結(jié)果可以對(duì)垂直電阻率及相對(duì)傾角不敏感或非常少許的敏感。在方法的此要素中，此時(shí)可以使用拐點(diǎn)算法來平方對(duì)數(shù)電阻率曲線之一(例如22’間距及21取頻率下的相移電阻率)，并使用來自平方對(duì)數(shù)的電阻率值及邊界位置作為參數(shù)〈吣和0,(100-1)的初始起點(diǎn)。
[0049]在步驟504中，可以構(gòu)建X2型的成本函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述成本函數(shù)可以是測(cè)量的數(shù)據(jù)及正演模型數(shù)據(jù)間的差值的平方的和，然后由不確定度的倒數(shù)加權(quán)。在一些實(shí)施例中，所述方法然后可以使用任何已知的優(yōu)化算法(例如高斯-牛頓方法)最小化所述成本函數(shù)來尋找最優(yōu)模型。最小化的成本函數(shù)然后可以從所述最優(yōu)模型產(chǎn)生I, (1(10)和0,(100-1)的值的輸出值。因此，總之，在步驟501-504中，使用平行偶極軸測(cè)量結(jié)果(例如，由具有平行于工具軸線的軸線的磁偶極子的接收器、例如圖4中的接收器1、民獲得的)來確定地層的水平電阻率。
[0050]在步驟505中，可以從定向電阻率測(cè)量結(jié)果以及在步驟504計(jì)算的水平電阻率及邊界層位置獲得相移及衰減測(cè)量結(jié)果。如上所述，在步驟505獲得的測(cè)量結(jié)果可以包括傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果，例如通過圖4中的例子的傾斜天線％、％獲取的測(cè)量結(jié)果。應(yīng)該理解，可以在步驟501獲得這些傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果，如上面所提到的，而在步驟505之前的本文描述的反演中明確未使用。
[0051]在步驟506中，假定了層狀結(jié)構(gòu)地層模型。然而，因?yàn)樗鰷y(cè)量結(jié)果來自定向電阻率工具，而定向電阻率工具對(duì)水平電阻率、垂直電阻率以及相對(duì)傾角都敏感，因此，所述地層模型可以被和及0參數(shù)化。在一些實(shí)施例中，所述方法可以假定所有層都是平行的。相應(yīng)地，在一些實(shí)施例中，可能僅有一個(gè)相對(duì)傾角9。可以使在步驟504獲得的〈吣的值固定，然后所述方法可以使用在步驟504中獲得的I的初始值初始化〈吣和及0的起始值。
[0052]在步驟507，可使用由定向電阻率工具獲得的一些或全部測(cè)量結(jié)果構(gòu)建X2型的成本函數(shù)。所述成本函數(shù)然后可以使用任何已知的優(yōu)化算法(例如高斯-牛頓方法)被最小化，以尋找最優(yōu)模型。所述最小化的成本函數(shù)然后可以從所述最優(yōu)模型產(chǎn)生〈吣和
及0的值的輸出值。因此，總之，在步驟505-507中，使用傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果(例如，由具有傾斜于工具軸線的軸線的磁偶極子的接收器、例如圖4中的接收器1？3、尺4獲得的測(cè)量結(jié)果)來確定地層的垂直電阻率、地層邊界層(0,)及傾角(^)。
[0053]此后，如步驟508所示，來自步驟504的〈吣的反演值可以與來自步驟507的尺4(1(1〈吣和0,(100-1)及0組合作為方法500的最終輸出。本質(zhì)上，上文所述的方法500提供了基于平行偶極軸測(cè)量結(jié)果(例如，平行于工具軸線)確定地層的水平電阻率以及基于傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果(例如，傾斜被理解為既不平行也不垂直于工具軸線)確定垂直電阻率、地層邊界和/或傾角。
[0054]前面介紹的實(shí)施例中所描述的示例性方法和步驟是說明性的，在其他實(shí)施例中，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，某些行為可以以不同的順序執(zhí)行，與另一行為并行，整體省略，和丨或在不同的示例性方法之間組合，和丨或可以執(zhí)行某些額外步驟。相應(yīng)地，這些其他實(shí)施例被包含于本文所述的發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0055]本發(fā)明的方法可以包括實(shí)施本文描述及所附流程圖中說明的功能的計(jì)算機(jī)程序。然而，明顯的是，可以有很多不同的方式以計(jì)算機(jī)程序來執(zhí)行本發(fā)明的方法，并且本發(fā)明的方法不應(yīng)該被解釋為限制為任何一個(gè)計(jì)算機(jī)程序指令集。進(jìn)一步地，熟練的程序設(shè)計(jì)員能基于所述流程圖及申請(qǐng)文本中的相關(guān)描述編寫這樣的計(jì)算機(jī)程序來執(zhí)行本公開的方法的實(shí)施例。因此，不認(rèn)為需要公開特定的程序編碼指令集來充分理解如何制造及使用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法。
[0056]圖6示出了根據(jù)一些實(shí)施例的一個(gè)示例性計(jì)算系統(tǒng)600。計(jì)算系統(tǒng)600可以是獨(dú)立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)601八或分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)601八可以包括一個(gè)或多個(gè)分析模塊602，其根據(jù)一些實(shí)施例被配置為執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，例如圖6中所示出的任務(wù)。為了執(zhí)行這些多個(gè)任務(wù)，分析模塊602可以獨(dú)立地執(zhí)行，或與一個(gè)或多個(gè)處理器604協(xié)調(diào)執(zhí)行，所述處理器可以被連接于一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)606。所述處理器604還可以被連接于網(wǎng)絡(luò)接口608以允許計(jì)算機(jī)系統(tǒng)601八經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)610與一個(gè)或多個(gè)附加計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和/或計(jì)算系統(tǒng)(例如6018,601(:和/^6010)通信(注意計(jì)算機(jī)系統(tǒng)6018,601(:和/或6010可以或可以不與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)601八享有相同的構(gòu)架，并且可以位于不同的物理地點(diǎn)，例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)601八和6018可以位于海洋中航行的船上，或位于鉆井地點(diǎn)，同時(shí)與例如6010和/或6010的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信，所述例如601(:和/或6010的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以位于陸上、船上的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)中心，和/或位于不同大陸上的不同國家)。
[0057]處理器可以包括微處理器、微控制器、處理器模塊或子系統(tǒng)、可編程集成電路、可編程門陣列、專用集成電路0310、系統(tǒng)集成芯片(30(:)處理器或另外合適類型的控制或計(jì)算裝置。
[0058]所述存儲(chǔ)介質(zhì)606可以被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀或機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。注意，盡管在圖6的不例性實(shí)施例中，存儲(chǔ)介質(zhì)606被描述為位于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)601內(nèi)，但在一些實(shí)施例中，所述存儲(chǔ)介質(zhì)606也可以分布于計(jì)算系統(tǒng)601八和/或附加計(jì)算系統(tǒng)的多個(gè)內(nèi)部和/或外部包封件內(nèi)，或在所述多個(gè)內(nèi)部和/或外部包封件上分布。存儲(chǔ)介質(zhì)606可以包括一個(gè)或多個(gè)不同形式的存儲(chǔ)器，包括半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，例如動(dòng)態(tài)或靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(0狀1或3仙的、可擦且可編程只讀存儲(chǔ)器(即如的、電可擦且可編程只讀存儲(chǔ)器以及閃存；磁盤，例如硬盤、軟盤、可換式磁盤；其他磁性介質(zhì)，包括磁帶；光學(xué)介質(zhì)，例如，光盤(⑶)或數(shù)字化視頻盤(070)；或其他類型的存儲(chǔ)裝置。注意，上文討論的指令可以被提供于一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀或機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上，或可替換地，可以被提供于分布于可能具有多個(gè)節(jié)點(diǎn)的大系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀或機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上。這樣的計(jì)算機(jī)可讀或機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以被認(rèn)為是物品(或制品)的一部分。物品或制品可以指任何制造的單個(gè)部件或多個(gè)部件。所述存儲(chǔ)介質(zhì)可以位于執(zhí)行機(jī)器可讀指令的機(jī)器中，或位于可將機(jī)器可讀指令通過網(wǎng)絡(luò)從其下載并執(zhí)行的遠(yuǎn)地。
[0059]應(yīng)該理解，計(jì)算系統(tǒng)600僅是計(jì)算系統(tǒng)的一個(gè)例子，計(jì)算系統(tǒng)600可以具有比所示更多或更少的部件，可以結(jié)合未在圖6的示例性實(shí)施例中示出的附加部件，和/或計(jì)算系統(tǒng)600可以具有不同于圖6中示出的部件的配置或設(shè)置。圖6中所示的多個(gè)部件可以被實(shí)現(xiàn)為硬件、軟件或硬件與軟件的組合，包括一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理和/或?qū)Ｓ眉呻娐贰?br> [0060]進(jìn)一步地，上述處理方法中的步驟(例如圖4中的)可被實(shí)現(xiàn)為運(yùn)行信息處理裝置(例如通用處理器或?qū)Ｓ眯酒?，如八或其他合適的裝置)中的一個(gè)或多個(gè)功能模塊。這些模塊、這些模塊的組合和/或它們與通用硬件的組合均被包括于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0061]雖然上文詳細(xì)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本說明書僅用于說明目的。除上文所描述的，在不脫離隨后的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以得到對(duì)應(yīng)于所述示例性實(shí)施例的公開的方面的不同變型、等價(jià)步驟，所述權(quán)利要求的范圍應(yīng)給予最大范圍的解釋，從而其包含這樣的變型和等價(jià)結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于對(duì)被井筒穿透的地下地層進(jìn)行測(cè)井的方法，包括: 使用具有平行于測(cè)井工具軸線的磁偶極軸的電磁場(chǎng)測(cè)量地層的電磁特性； 使用具有傾斜于測(cè)井工具軸線的磁偶極軸的電磁場(chǎng)測(cè)量地層的電磁特性； 從平行偶極軸測(cè)量結(jié)果確定地層的水平電阻率；以及 從傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果確定地層的垂直電阻率、地層邊界以及傾角。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，地層邊界和來自平行偶極軸測(cè)量結(jié)果的水平電阻率被用作反演過程的初始值，以便使用傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果確定垂直電阻率和傾角。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，平行偶極軸測(cè)量結(jié)果和/或傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果包含電磁感應(yīng)測(cè)量結(jié)果。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，測(cè)量在多種發(fā)射器-接收器間距下進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，測(cè)量在多種頻率下進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，平行偶極軸測(cè)量結(jié)果和/或傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果包含電磁傳播測(cè)量結(jié)果。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，測(cè)量在多種發(fā)射器-接收器間距下進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，測(cè)量在多種頻率下進(jìn)行。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定地層的水平電阻率包括: 映射平行偶極軸測(cè)量結(jié)果至偶極子模型； 確定水平電阻率及地層邊界位置的初始起點(diǎn)；以及 通過改變水平電阻率和地層邊界位置最小化成本函數(shù)。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定地層的垂直電阻率包括: 從傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果確定垂直電阻率、傾角及地層邊界位置的初始起點(diǎn)；以及 通過改變垂直電阻率、傾角和地層邊界位置最小化成本函數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，從平行偶極軸測(cè)量結(jié)果確定水平電阻率及地層邊界位置的初始值。
12.一種用于由地下地層的電磁測(cè)量結(jié)果確定地下地層的水平電阻率、垂直電阻率及地層傾角的方法，包括: 接收作為計(jì)算機(jī)的輸入的使用具有基本上平行于測(cè)井工具軸線的磁偶極軸的電磁偶極測(cè)量獲得的地下地層的電磁特性的測(cè)量結(jié)果； 接收作為計(jì)算機(jī)的輸入的使用具有傾斜于測(cè)井工具軸線的磁偶極軸的電磁偶極測(cè)量獲得的地下地層的電磁特性的測(cè)量結(jié)果； 在所述計(jì)算機(jī)中，從平行偶極軸測(cè)量結(jié)果確定水平電阻率；以及 在所述計(jì)算機(jī)中，從傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果確定垂直電阻率及地層傾角。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，來自平行偶極軸測(cè)量結(jié)果的水平電阻率被用作反演過程的初始值，以使用傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果確定垂直電阻率和傾角。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，平行偶極軸測(cè)量和/或傾斜偶極軸測(cè)量在多種發(fā)射器-接收器間距下進(jìn)行。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，平行偶極軸測(cè)量和/或傾斜偶極軸測(cè)量在多種頻率下進(jìn)行。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，平行偶極軸測(cè)量結(jié)果和/或傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果包含電磁傳播測(cè)量結(jié)果或電磁感應(yīng)測(cè)量結(jié)果。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，確定地層的水平電阻率包括: 映射平行偶極軸測(cè)量結(jié)果至偶極子模型； 確定水平電阻率及距離的初始起點(diǎn)；以及 通過改變水平電阻率和距離最小化成本函數(shù)。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，確定地層的垂直電阻率包括: 從傾斜偶極軸測(cè)量結(jié)果確定垂直電阻率、傾角及距離的初始起點(diǎn)；以及 通過改變垂直電阻率、傾角和距離最小化成本函數(shù)。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，從平行偶極軸測(cè)量結(jié)果確定水平電阻率及地層邊界位置的初始值。
【文檔編號(hào)】E21B47/0228GK104321669SQ201380027436
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月27日
【發(fā)明者】J·楊 申請(qǐng)人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司